ANSYS workbench齿轮啮合瞬态动力学分析

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ANSYS workbench齿轮啮合瞬态动力学分析

齿轮传动是机械系统传动方式中应用最为广泛的一种,今天给介绍一下如何利用workbench实现齿轮啮合的瞬态动力学分析。

有限元分析流程分为3大步、3小步,如下图所示。今天将以这种有限元分析流程方式介绍使用workbench实现齿轮啮合的分析流程。

图1有限元分析流程

一、有限元分析前处理

1.1 几何模型的构建

本文几何模型在SolidWorks中创建,并导入workbench中,如图所示

图2齿轮对几何模型

1.2 材料定义

材料选用结构钢:密度:7850kg/m3,杨氏模量:2.1e11Pa,泊松比:0.3

1.3 有限元模型的构建

有限元模型的构建包括材料赋予、网格划分以及连接关系的构建

1.3.1 材料赋予

双击瞬态动力学分析流程中的Model,进入Mechanical界面,单击项目树Geometry下的两个零件,左下角细节框中,Material处指派steel材料

1.3.2 网格划分

为便于分析及收敛,对网格进行一个简单的控制:首先在左侧项目树Mesh处插入一个method,选中两个齿轮,划分方法为MultiZone;然后插入两个Size,对几个参与啮合的齿面进行尺寸控制,得到了如图所示的网格模型。

图3网格模型

1.3.3 连接关系的构建

连接关系包括两部分:接触和运动副,运动副可以实现齿轮的转动,接触可以实现齿轮的传力。由于workbench会自动创建向邻近位置之间的接触,但默认接触为绑定接触,不符合实际情况,故直接删除,后续手动创建相应接触。

首先在左侧项目树Connections下插入一个Frictionalcontact,接触面选择其中一个齿轮参与接触的几个齿面,目标面选择另一个齿轮参与接触的几个齿面。摩擦系数为0.15,Normal Stiffness为1,Update Stiffness为Each iteration,Time Step Controls为Automatic Bisection。由于模型初始间隙较大,故可将Interface Treatment设置为 Adjustto Touch。

图4接触设置

然后在左侧项目树Connections下插入两个转动副(Revolute-BodytoGround),其中一个转动副中Mobile的区域选择为主动轮的内孔面,另一个转动副中Mobile的区域选择为从动轮的内孔面。

二、有限元分析求解

2.1 载荷步的设置

单击Transient下的Analysis Settings,将载荷步控制中DefineBy设置为Substeps,initial substeps为50,MinimumSubsteps为50,MaximumSubsteps为350。同时需要注意,将大变形开关打开。

2.2 载荷设置

添加Loads->JointLoad,为主动轮与地面的运动副添加Rotation载荷,载荷大小为0-30°;添加Loads->Joint Load,为从动轮与地面的运动副添加Moment载荷,载荷大小为1e5N*mm。

图5主动轮角位移载荷

图6从动轮负载转矩

载荷设置

2.3 约束设置

由于本文以添加运动副,运动副已为模型添加必要的约束,因此此处不需要在添加约束。

三、有限元分析后处理

3.1 位移结果

图8位移云图



3.2 应力结果

图9应力云图

3.3 从动轮转速曲线

右击solution->probe->joint,选择从动轮对地的转动副,查看其Z轴转速曲线,去下图所示。

图1从动轮转速曲线


本文实例不具有工程实际意义。

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